851226

2

УДК 691

Основные свойства строительных материалов. [Текст]: метод.

указания студентам всех форм обучения по направлению 270800.62

Строительство и специальности 271101.65 Строительство уникальных зданий и сооружений. / Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун-т; сост.

Н.И.Ханова, И.В.Конкина – Н.Новгород: ННГАСУ, 2013 - 36с.

Приведены основные сведения о физико-механических, химических и технологических свойствах строительных материалов: определения,

способы измерения и формулы для расчета численных значений этих свойств.

Составители: Н.И.Ханова И.В.Конкина

© Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, 2013

3

СОДЕРЖАНИЕ

1.1.1Плотность ………………………………………............... 6

1.1.2Пористость ………………………………………............. 8

1.1.3Удельный вес…………………………………….............. 9

1.1.4Удельная поверхность…………………………………... 9

1.2Гидрофизические свойства……………………………….. 10

1.2.1Гигроскопичность ………………………………………. 10

1.2.2Влажность …………………………………….................. 11

1.2.3Водопоглощение ……………………………………..... 11

1.2.6Водостойкость ……………………………………......... 13

1.2.7Морозостойкость …………………………………….... 14

1.3 Теплофизические свойства……………………………… 15

1.3.1Теплопроводность…………………………………….... 15

1.3.2Теплоемкость…………………………………………..... 16

1.3.3Огнестойкость…………………………………............... 17

1.3.4Огнеупорность…………………………………............... 18

1.3.5Термическая стойкость ……………………..................... 18

1.4Специальные свойства ………………………….................. 18

1.4.2Радиационная стойкость ………………………............... 19

1.4.3Долговечность………………………………………........ 19

4

2.1.1Прочность……………………………………................. 22

2.1.2Твердость………………………………………............... 26

2.1.3Истираемость…………………………………............... 27

2.1.4 Ударная вязкость………………………………………… 28

2.1.5Износ…………………………………………............... 28

2.2.1Упругость………………………………………............... 29

2.2.2Пластичность…………………………………............... 29

2.2.3Хрупкость………………………………………............... 29

2.2.4Ползучесть…………………………………………......... 29

5

Цель работы: ознакомиться с общими для большинства строительных материалов свойствами и стандартными методиками их определения.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Свойство – это качественная, отличительная характеристика вещества, материала или изделия. Совокупность различных свойств предопределяет назначение строительного материала и рациональные области его применения. Только при правильной оценке качества материалов возможно их грамотное использование, могут быть созданы экономичные, прочные и долговечные конструкции зданий и сооружений.

Все свойства строительных материалов можно объединить в группы:

-физические;

-механические;

-химические;

-технологические.

Количественно свойства определяются при испытании и, как правило, выражаются в физических величинах в соответствии с действующими стандартами.

6

1ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1Параметры состояния и структурные характеристики материалов

Физические свойства материала характеризуют какую-либо особенность физического состояния материала или способность сопротивляться внешнему воздействию окружающей среды.

1.1.1 Плотность является основной характеристикой физического состояния материала и представляет собой величину, равную отношению массы вещества к занимаемому им объему. Так как строительные материалы обладают различной микро- и макроструктурой, в

материаловедении различают истинную, среднюю и насыпную плотности.

Истинная плотность (ρ) – физическая величина, равная массе единицы объема вещества материала в абсолютно плотном состоянии, т.е.

без пор и пустот. Определяют истинную плотность в кг/м3 по формуле

(1.1)

где – масса материала, кг;

– абсолютный объем материала без учета пор и пустот, м3.

Истинная плотность характеризуется пределом отношения массы к объему, когда объем стягивается в точку, в которой определяется плотность тела или вещества (т.е. без учета пор и пустот).

Истинная плотность металлов, стекла, а также гранита, базальта и других горных пород, практически, соответствует их плотности в естественном состоянии, так как объем внутренних пор у них весьма мал.

Стандартный метод определения истинной плотности предусматривает измельчение предварительно высушенной пробы в порошок, а абсолютный объем (Va) навески (m) порошка измеряют с помощью специальных приборов.

7

Средняя плотность (ρm) – физическая величина, определяемая отношением массы материала или изделия ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в них поры. Определяют среднюю плотность в кг/м3 по формуле

(1.2)

где – масса материала (изделия), кг;

– объем материала (изделия) с учетом пор и пустот, м3.

В таблице 1.1 приведены значения плотностей некоторых строитель-

ных материалов.

Таблица 1.1 – Значения плотностей для некоторых строительных материалов [4].

Для некоторых строительных материалов (легких бетонов,

теплоизоляционных материалов) устанавливаются марки по средней плотности. Например, согласно ГОСТ 25485 – 89 [3], установлены марки для ячеистого бетона: D300, D 350, D400 D500, D600, D700, D800, D900, D1000, D1100, D1200. Так, например, марка по средней плотности D700

характеризуется численным значением средней плотности в в килограммах

8

на кубометр материала в сухом состоянии, не превышающим марочное значение, т.е. 700 кг/м3 .

Для сыпучих материалов (цемент, песок, щебень, гравий и др.)

определяют насыпную плотность. В объеме таких материалов включают не только поры в самом материале, но и пустоты между зернами или кусками материала.

Насыпная плотность () – отношение массы зернистых или порошкообразных материалов ко всему занимаемому ими объему, включая пространства между частицами, определяется в кг/м3 по формуле

(1.3)

где – масса зернистого или порошкообразного материала, кг;

– объем, занимаемый материалом в естественном состоянии с учетом межзерновых пустот, м3.

Насыпная плотность сыпучих материалов всегда меньше их истинной плотности. Значения насыпной плотности для некоторых строительных материалов приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Значения насыпной плотности для сыпучих материалов

1.1.2 Пористость (Vпор) – это степень заполнения объема материала порами. Пористость определяется в процентах по формуле

(1.4)

где - средняя плотность материала (изделия), кг/м3;

– истинная плотность материала (изделия), кг/м3.

9

Пористость различных строительных материалов колеблется в значительных пределах и составляет для гранита (0…4) % керамического кирпича (25…30) %, тяжелого бетона (5…10) %, газобетона (55…85) %,

пенопласта (90…99) %, а пористость стекла и металла равна нулю.

Большое влияние на свойства материала оказывают не только величина пористости, но и размер, и характер пор: мелкие (0,1 мм) или крупные (от 0,1 до 2 мм), замкнутые или сообщающиеся. Крупные незамкнутые или мелкие замкнутые поры, равномерно распределенные по всему объему материала, придают материалу теплоизоляционные свойства.

Открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение и ухудшают морозостойкость материала. В звукопоглощающих материалах умышленно создается открытая пористость, необходимая для поглощения звука.

Более крупные поры между зернами сыпучих материалов называют пустотами. Характеристикой таких материалов служит пустотность

(Vпуст), которую рассчитывают в процентах по формуле

(1.5)

где – объем материала, занятый пустотами, м3;

– общий объем материала, м3 .

1.1.3 Удельный вес ( ) – это отношение веса тела или материала к объему и, следовательно, зависит от ускорения свободного падения.

Удельный вес выражается в ньютонах на кубический метр (Н/ м3) и

рассчитывается по формуле

где ρ – плотность материала с учетом пустот, кг/м3;

– ускорение свободного падения, м/с.

10

1.1.4Сыпучие материалы характеризуются удельной поверхностью

–суммарной поверхностью зерен. Массовую удельную поверхность Sm

выражают в метрах (сантиметрах) квадратных на 1 кг (г) материала (м2 /кг или см2 /г), а объемную удельную поверхность Sv – в квадратных метрах на кубометр или в квадратных сантиметрах на кубический сантиметр (cм2 / cм3 или м2 / м3 ).

Удельная поверхность портландцемента составляет 2500–3000 см2/г;

она является показателем тонкости помола цемента. Определяют удельную поверхность с помощью специального прибора – поверхностемера [4].

1.2Гидрофизические свойства

1.2.1Гигроскопичность – способность материалов поглощать влагу из воздуха или паровоздушной среды. Поглощение влаги из воздуха обусловлено полимолекулярной адсорбцией водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярной конденсацией. Этот процесс является обратимым.

Гигроскопичность зависит от химического состава материала и характера его пористости. Одни материалы энергично притягивают своей поверхностью молекулы воды (их называют гидрофильными), другие отталкивают воду (их относят к гидрофобным). Последние стойко сопротивляются действию водной среды. Материалы с одинаковой пористостью, но имеющие более мелкие поры и капилляры, оказываются более гигроскопичными, чем крупнопористые.

Гигроскопичность материала повышается при увеличении относительной влажности и снижении температуры воздуха.

За характеристику гигроскопичности принято отношение максимальной массы поглощенной влаги (при относительной влажности воздуха равной 100 % и температуре +20 0С) к массе сухого материала [4].

Гигроскопичность отрицательно сказывается на свойствах строительных материалов. Так, цемент при хранении под влиянием влаги